(57)【要約】  【課題】ヒータユニットの断熱材の崩落を確実に防止することができる熱処理装置を提供する。  【解決手段】基板５４を処理する反応管４２と、反応管４２の外側に配置され前記反応管内を加熱するヒータ素線７２と、このヒータ素線７２の外側に配置され反応管４２の側部を覆うように設けられた側部断熱材７６と、側部断熱材７６の上端部と接触するように配置され反応管４２の上部を覆うように設けられた上部断熱材７８とを有する。これら側部断熱材７６および上部断熱材７８のうち少なくとも何れか一方に、上部断熱材７８の位置決めを行うための位置決め部８０が設けられ、該位置決め８０に応力緩和処理が施されている。【選択図】図３
2007073865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する反応管と、
前記反応管の外側に配置され前記反応管内を加熱する発熱体と、
前記発熱体の外側に配置され前記反応管の側部を覆うように設けられた第１の断熱部材と、
前記第１の断熱部材の上端部と接触するように配置され前記反応管の上部を覆うように設けられた第２の断熱部材とを有し、
前記第１の断熱部材および前記第２の断熱部材のうち少なくとも何れか一方に、前記第２の断熱部材の位置決めを行うための位置決め部が設けられ、該位置決め部に応力緩和処理が施された熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等を熱処理するための熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱処理装置として、基板を処理する反応管とこの反応管内を加熱するヒータユニットとを有するものが広く用いられている。例えば、ヒータユニット（加熱装置）として、発熱体としてのヒータ素線（発熱線）と断熱材（断熱体）とを有するものが知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１１７７５号公報
【０００４】
また、ヒータユニットにおいて、例えば円筒状の側部断熱材と、周辺部に位置決め用の段差部が設けられた複数層の断熱部材からなる板状の上部断熱材（天板部）とを有し、該側部断熱材上に上部断熱材が載置される構造を有するものが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した構造を有するヒータユニットは、何度も昇降温の熱サイクルを加えると、断熱部材が割れや層剥離を引き起こし、上部断熱材が崩落してしまうおそれがあった。
【０００６】
このヒータユニットの断熱材の崩落は、以下の原因であると考えた。
図５に示すように、基板を処理する際は、ヒータユニットを用いて炉内温度を昇降温させる。この熱サイクルにより断熱材は熱膨張と収縮を繰り返すこととなる（図５（ａ））。特に上部断熱材は最下層の断熱部材の上部が例えばＳＵＳ（Steel Use Stainless）等の板部材からなるケーシングで覆われており、該断熱部材の上部には複数層の断熱部材が載置されている。そのため、この熱膨張の際、該断熱部材は上方への膨張が抑制され、該断熱材の自重も相俟って下方へ逃げる（膨張する）ため、上部断熱材は下方に凸の形状となる（垂れる）（図５（ｂ））。また、炉内は処理温度と同様の温度のため高温となるが、上部断熱材の上部は断熱されているため該上部断熱材の下部よりも低温となっている。この温度差により、上部断熱材に熱膨張差が生じ、該上部断熱材はより下方に凸形状となる（垂れる）。
【０００７】
このとき、上部断熱材には大きな応力がかかり、特に上述した位置決め用の段差部等の角部があるものは、この角部に応力が集中し、ひびや割れ等が発生する。さらに熱サイクルを何度も繰り返すとひびや割れが成長して、該上部断熱材に層剥離が発生する（図５（ｃ））。これにより、上部断熱材が崩落すると考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、ヒータユニットの断熱材の崩落を防止する構造を有する熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の特徴とするところは、基板を処理する反応管と、前記反応管の外側に配置され前記反応管内を加熱する発熱体と、前記発熱体の外側に配置され前記反応管の側部を覆うように設けられた第１の断熱部材と、前記第１の断熱部材の上端部と接触するように配置され前記反応管の上部を覆うように設けられた第２の断熱部材とを有し、前記第１の断熱部材および前記第２の断熱部材のうち少なくとも何れか一方に、前記第２の断熱部材の位置決めを行うための位置決め部が設けられ、該位置決め部に応力緩和処理が施された熱処理装置にある。
【００１０】
好適には、前記位置決め部は段差部を設けて構成する。
【００１１】
好適には、前記段差部の角部に丸みを帯びさせる。
【００１２】
好適には、前記第２の断熱部材は板状の断熱材を複数層重ねた構造であり、これら複数層の断熱材には各々の位置決めを行うための位置決め部が設けられ、該位置決め部に応力緩和処理が施される。
【００１３】
好適には、前記第２の断熱部材の少なくとも前記反応管の上部と対向する側の面は曲面状に形成される。
【００１４】
好適には、前記第２の断熱部材には急冷用エアーを流通させるための通気口が設けられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、第１の断熱部材および記第２の断熱部材の少なくとも一方の位置決め部に応力緩和処理を施したので、該位置決め部に生ずる応力集中を拡散させ、もってヒータユニットの断熱材の崩落を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施の形態に係る熱処理装置１０の一例を示す。この熱処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筺体１２を有する。この筺体１２の正面側には、ポッドステージ１４が接続されており、このポッドステージ１４にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚の被処理基板としてのウエハが収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４にセットされる。
【００１７】
筺体１２内の正面側であって、ポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１８が配置されている。また、このポッド搬送装置１８の近傍には、ポッド棚２０、ポッドオープナ２２及び基板枚数検知器２４が配置されている。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に配置され、基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して配置される。ポッド搬送装置１８は、ポッドステージ１４とポッド棚２０とポッドオープナ２２との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２２は、ポッド１６の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド１６内の基板の枚数が基板枚数検知器２４により検知される。
【００１８】
さらに、筺体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８及び基板支持具（ボート）３０が配置されている。基板移載機２６は、例えば５枚の基板を取り出すことができるアーム（ツイーザ）３２を有し、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２２の位置に置かれたポッド１６、ノッチアライナ２８及び基板支持具３０間で基板を搬送する。ノッチアライナ２８は、基板に形成されたノッチまたはオリフラを検出して基板のノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるものである。
【００１９】
さらに、筺体１２内の背面側上部には反応炉４０が配置されている。この反応炉４０内に、複数枚の基板を装填した基板支持具３０が搬入され熱処理が行われる。
【００２０】
図２に反応炉４０の一例を示す。この反応炉４０は、炭化珪素（ＳｉＣ）製の反応管４２を有する。この反応管４２は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしており、開放された下端部はフランジ状に形成されている。この反応管４２の下方には反応管４２を支持するよう石英製のアダプタ４４が配置される。このアダプタ４４は上端部と下端部が開放された円筒形状をしており、開放された上端部と下端部はフランジ状に形成されている。アダプタ４４の上端部フランジの上面に反応管４２の下端部フランジの下面が当接している。この反応管４２とアダプタ４４により反応容器４３が形成されている。また、反応容器４３のうち、アダプタ４４を除いた反応管４２の周囲には、後述するヒータユニット４６が配置されている。
【００２１】
反応管４２とアダプタ４４により形成される反応容器４３の下部は、基板支持具３０を挿入するために開放され、この開放部分（炉口部）は炉口シールキャップ４８がＯリングを挟んでアダプタ４４の下端部フランジの下面に当接することにより密閉されるようにしてある。炉口シールキャップ４８は基板支持具３０を支持し、基板支持具３０と共に昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ４８と基板支持具３０との間には、石英製の第１の断熱板５２と、この第１の断熱板５２の上部に配置された炭化珪素（ＳｉＣ）製の第２の断熱板５０とが設けられている。基板支持具３０は、多数枚、例えば２５〜１００枚の基板５４を略水平状態で隙間をもって多段に支持し、反応管４２内に装填される。
【００２２】
１２００℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管４２は炭化珪素（ＳｉＣ）製としてある。このＳｉＣ製の反応管４２を炉口部まで延ばし、この炉口部をＯリングを介して炉口シールキャップ４８でシールする構造とすると、ＳｉＣ製の反応管４２を介して伝達された熱によりシール部まで高温となり、シール材料であるＯリングを溶かしてしまうおそれがある。Ｏリングを溶かさないようＳｉＣ製の反応管４２のシール部を冷却すると、ＳｉＣ製の反応管４２が温度差による熱膨張差により破損してしまう。そこで、反応容器４３のうちヒータユニット４６による加熱領域をＳｉＣ製の反応管４２で構成し、ヒータユニット４６による加熱領域から外れた部分を石英製のアダプタ４４で構成することで、ＳｉＣ製の反応管４２からの熱の伝達を和らげ、Ｏリングを溶かすことなく、また反応管４２を破損することなく炉口部をシールすることが可能となる。また、ＳｉＣ製の反応管４２と石英製のアダプタ４４とのシールは、双方の面精度を良くすれば、ＳｉＣ製の反応管４２はヒータユニット４６の加熱領域に配置されているため温度差が発生せず、等方的に熱膨張する。よって、ＳｉＣ製の反応管４２下端部のフランジ部分は平面を保つことができ、アダプタ４４との間に隙間ができないので、ＳｉＣ製の反応管４２を石英製のアダプタ４４に載せるだけでシール性を確保することができる。
【００２３】
アダプタ４４には、アダプタ４４と一体にガス供給口５６とガス排気口５９とが設けられている。ガス供給口５６にはガス導入管６０が、ガス排気口５９には排気管６２がそれぞれ接続されている。
【００２４】
アダプタ４４の内壁は反応管４２の内壁よりも内側にあり（突出しており）、アダプタ４４の側壁部（肉厚部）には、ガス供給口５６と連通し、垂直方向に向かうガス導入経路６４が設けられ、その上部にはノズル取付孔が上方に開口するように設けられている。このノズル取付孔は、反応管４２の内部におけるアダプタ４４の上端部フランジ側の上面に開口しており、ガス供給口５６およびガス導入経路６４と連通している。このノズル取付孔にはノズル６６が挿入され固定されている。すなわち、反応管４２内部におけるアダプタ４４の反応管４２の内壁よりも内側に突出した部分の上面にノズル６６が接続され、このアダプタ４４の上面によりノズル６６が支持されることとなる。この構成により、ノズル接続部は熱で変形しにくく、また破損しにくい。また、ノズル６６とアダプタ４４の組立て、解体が容易になるというメリットもある。ガス導入管６０からガス供給口５６に導入された処理ガスは、アダプタ４４の側壁部に設けられたガス導入経路６４、ノズル６６を介して反応管４２内に供給される。なお、ノズル６６は、反応管４２の内壁に沿って基板配列領域の上端よりも上方、すなわち基板支持具３０の上端よりも上方まで延びるように構成される。
【００２５】
次に、上述したように構成された熱処理装置１０の作用について説明する。
なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ７０により制御される。
【００２６】
まず、ポッドステージ１４に複数枚の基板５４を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置１８によりポッド１６をポッドステージ１４からポッド棚２０へ搬送し、このポッド棚２０にストックする。次に、ポッド搬送装置１８により、このポッド棚２０にストックされたポッド１６をポッドオープナ２２に搬送してセットし、このポッドオープナ２２によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２４によりポッド１６に収容されている基板５４の枚数を検知する。
【００２７】
次に、基板移載機２６により、ポッドオープナ２２の位置にあるポッド１６から基板５４を取り出し、ノッチアライナ２８に移載する。このノッチアライナ２８においては、基板５４を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚の基板５４のノッチを同じ位置に整列させる。次に、基板移載機２６により、ノッチアライナ２８から基板５４を取り出し、基板支持具３０に移載する。
【００２８】
このようにして、１バッチ分の基板５４を基板支持具３０に移載すると、例えば６００℃程度の温度に設定された反応炉４０（反応容器４３）内に複数枚の基板５４を装填した基板支持具３０を装入し、炉口シールキャップ４８により反応炉４０内を密閉する。次に、炉内温度を熱処理温度まで昇温させて、ガス導入管６０からガス導入口５６、アダプタ４４側壁部に設けられたガス導入経路６４、及びノズル６６を介して反応管４２内に処理ガスを導入する。処理ガスには、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）等が含まれる。基板５４を熱処理する際、基板５４は例えば１２００℃程度以上の温度に加熱される。
【００２９】
基板５４の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を６００℃程度の温度に降温した後、熱処理後の基板５４を支持した基板支持具３０を反応炉４０からアンロードし、基板支持具３０に支持された全ての基板５４が冷えるまで、基板支持具３０を所定位置で待機させる。次に、待機させた基板支持具３０の基板５４が所定温度まで冷却されると、基板移載機２６により、基板支持具３０から基板５４を取り出し、ポッドオープナ２２にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置１８により、基板５４が収容されたポッド１６をポッド棚２０、またはポッドステージ１４に搬送して一連の処理が完了する。
【００３０】
次にヒータユニット４６を図３に基づいて詳細に説明する。
図３に示すように、ヒータユニット４６は、ヒータ素線（発熱体）７２と断熱材７４とを有する。断熱材７４は第１の断熱部材としての側部断熱材７６と第２の断熱部材としての上部断熱材（天板部）７８とから構成されている。
【００３１】
ヒータ素線７２は、反応管４２の外側に配置されており、このヒータ素線７２を発熱させることにより反応管４２（反応容器４３）内を加熱するようになっている。このヒータ素線７２は複数、例えば５つのゾーンに分割されている。
【００３２】
側部断熱材７６は、ヒータ素線７２の外側に配置され、反応管４２の側部を覆うように設けられている。この側部断熱材７６は、上端部および下端部が開放された円筒状に形成されており、該側部断熱材７６の上端部には上部断熱材７８が設けられている。
【００３３】
上部断熱材７８は、側部断熱材７６の上端部と接触するように配置され、反応管４２の上部を覆うように設けられている。この上部断熱材７８は、板状（円板状）の断熱材７８ａ〜７８ｃを複数層（例えば３層）重ねた構造となっている。これら複数層の断熱材７８ａ〜７８ｃには位置決め部８０が設けられている。この位置決め部８０には段差部８０ａ〜８０ｃが設けられている。これらそれぞれの段差部８０ａ〜８０ｃは、複数層の断熱材７８ａ〜７８ｃのそれぞれの周辺部に設けられ、該複数層の断熱材７８ａ〜７８ｃの上面に凸形に、該複数層の断熱材７８ａ〜７８ｃの下面に凹形になるように形成されている。したがって、複数層の断熱材７８ａ〜７８ｃのそれぞれの段差部８０ａ〜８０ｃを係合させることにより、該複数層の断熱材７８ａ〜７８ｃの各々の位置決めを行うようになっている。
【００３４】
また、上部断熱部材７８の位置決め部８０には応力緩和処理が施されている。具体的には、上部断熱部材７８ｃにおける位置決め部８０の段差部８０ｃの角部に丸みを帯びさせている（角部にＲがけを施している）。本例においては、上部断熱部材７８ｃの段差部８０ｃの角部にのみ丸みを帯びさせているが、上部断熱材７８ａの段差部８０ａ及び上部断熱材７８ｂの段差部８０ｂの角部に対しても丸みを帯びさせてもよい。
【００３５】
また、上部断熱材７８の少なくとも反応管４２の上部と対向する側の面（上部断熱材７８の下面）は曲面状（ドーム型）に形成されている。本例においては、上部断熱材７８の下面のみ曲面状に形成しているが、上部断熱材７８全体が曲面状に形成されてもよく、また、円錐形状等に形成されてもよい。
【００３６】
以上のように、上部断熱材７８の位置決めを行うための位置決め部８０に応力緩和処理を施すことにより、熱膨張による応力集中を分散させ、該上部断熱材７８の割れや層剥離等の発生を抑制し、もって断熱材７４の崩落を防止することができる。
また、上部断熱材７８の下面を曲面状に形成することにより、該上部断熱材７８の熱膨張や自重による垂れ（下方に凸状となる状態）を減少させることができる。これにより、上部断熱材７８に作用する曲げの力が緩和され、ひびや割れ等の発生を抑制することができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態の説明にあっては、上部断熱材７８に段差部８０を設けたものを示したが、これに限定されるものではなく、側部断熱材７６および上部断熱材７８のうち少なくとも何れか一方に、上部断熱材７８の位置決めを行うための応力緩和処理が施された位置決め部８０が設けられていればよい。
【００３８】
次に、上述したヒータユニット４６の変形例を図４に基づいて説明する。
図４に示すように、本例におけるヒータユニット４６は、該ヒータユニット４６の上部断熱材７８に、急冷用エアーを流通させるための通気口８２が設けられている。すなわち、ヒータユニット４６は、該ヒータユニット４６の上部断熱材（天板部）７８に通気口８２としての穴が開いた構造となっている。この通気口８２を用いて反応管４２周辺に、図示しない冷却装置からの急冷用エアーを流通させることより、反応管４２（反応容器４３）内を急速に冷却するようになっている。
したがって、本例におけるヒータユニット４６は、冷却機構を有する熱処理装置にも適用することができる。
【００３９】
なお、上記実施の形態の説明においては、一度に複数枚の基板を熱処理するバッチ式の熱処理装置を用いたが、本発明はこれに限定するものではなく、枚葉式のものであってもよい。
【００４０】
本発明の熱処理装置は、基板の製造工程にも適用することができる。
ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハの一種であるＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）ウエハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用する例について説明する。
【００４１】
まずイオン注入装置等により単結晶シリコンウエハ内へ酸素イオンをイオン注入する。その後、酸素イオンが注入されたウエハを上記実施の形態の熱処理装置を用いて、例えばＡｒ、Ｏ２雰囲気のもと、１３００℃〜１４００℃、例えば１３５０℃以上の高温でアニールする。これらの処理により、ウエハ内部にＳｉＯ２層が形成された（ＳｉＯ２層が埋め込まれた）ＳＩＭＯＸウエハが作製される。
【００４２】
また、ＳＩＭＯＸウエハの他、水素アニールウエハやＡｒアニールウエハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用することも可能である。この場合、ウエハを本発明の熱処理装置を用いて、水素雰囲気中もしくはＡｒ雰囲気中で１２００℃程度以上の高温でアニールすることとなる。これによりＩＣ（集積回路）が作られるウエハ表面層の結晶欠陥を低減することができ、結晶の完全性を高めることができる。また、この他、エピタキシャルウエハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用することも可能である。
【００４３】
以上のような基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理を行う場合であっても、本発明の熱処理装置を適用することができる。
【００４４】
本発明の熱処理装置は、半導体装置（デバイス）の製造工程に適用することも可能である。
特に、比較的高い温度で行う熱処理工程、例えば、ウェット酸化、ドライ酸化、水素燃焼酸化（パイロジェニック酸化）、ＨＣｌ酸化等の熱酸化工程や、硼素（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等の不純物（ドーパント）を半導体薄膜に拡散する熱拡散工程等に適用するのが好ましい。
【００４５】
このような半導体デバイスの製造工程の一工程としての熱処理工程を行う場合においても、本発明の熱処理装置を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等を熱処理するための熱処理装置において、ヒータユニットの断熱材の崩落を確実に防止する必要があるものに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱処理装置の反応炉を示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱処理装置のヒータユニットを示す縦断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱処理装置のヒータユニットの変形例を示す縦断面図である。
【図５】断熱部材の段差部に応力緩和処理が施されていないヒータユニットを有する熱処理装置において熱サイクルを繰り返した経過を示し、（ａ）は断熱部材が熱膨張と収縮を繰り返している状態、（ｂ）は断熱部材にひびや割れが発生した状態、（ｃ）は断熱部材に層剥離が発生した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  熱処理装置
４２  反応管
４６  ヒータユニット
５４  基板
７２  ヒータ素線
７６  側部断熱材
７８  上部断熱材
８０  位置決め部
８０ａ〜８０ｃ  段差部
８２  通気口
【図１】
2007073865.tif 000003
【図２】
2007073865.tif 000004
【図３】
2007073865.tif 000005
【図４】
2007073865.tif 000006
【図５】
2007073865.tif 000007